翻斗雨量计的误差分析

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1、http://www.paper.edu.cn翻斗雨量计的误差分析刘振东，舒大兴河海大学水资源环境学院，南京（210043）E-mail：lzhdong@126.com摘要：本文介绍了翻斗雨量计的工作原理并说明了分辨率为0.1mm的翻斗雨量计在实际中应用的必要性。通过人工模拟降雨的方法分析了分辨率为0.1mm的翻斗雨量计的翻斗计量误差并且给出了雨强与翻斗计量误差关系图，最后得出误差分析的结论。关键词：翻斗雨量计，误差，雨强1.引言在一定时段内，从云中降落到水平地面上的液态或固态（经融化后）降水，在无渗透、蒸发、流失情况下积聚的水层深度，称为该地该时段内

2、的降水量。雨量计是用于测量一段时间内累积降水量的仪器。传统的雨量观测方式大多是以人工雨量筒和虹吸式自记雨量计为主要观测仪器。近年来随着科学技术的日新月异，社会对雨量信息的实效性和时效性要求日益增高，传统雨量观测手段已难以满足以微电脑芯片自动处理为依托的雨量自动采集、固态存储和雨量遥测的时代要求,翻斗式雨量计是一个可以将实时观测雨量数据数字化的重要雨量观测仪器,因而在雨量观测新技术推广方面得到广泛应用。雨量传感器的灵敏度（分辨率）和测量精度是翻斗雨量计固有的矛盾，即低分辨率的翻斗雨量计能较好的测得微雨，保证测量降雨的可靠性，但其精度往往较差，而高分辨率的

3、翻斗雨量计虽然有比较高的测量精度，对微雨却往往感应不到其发生，导致降雨资料的不完整。降水量观测规范规定，需要控制雨日地区分布变化的基本雨量站和蒸发站必须记至0.1mm；不需要雨日资料的雨量站可记至[1]0.2mm；多年平均降水量大于800mm的地区可记至0.5mm。但目前我国大部分水文站使用的翻斗雨量计的分辨率都是0.2mm或0.5mm，主要原因是由于分辨率为0.1mm的翻斗雨量计在雨量观测的精度上偏低。本文以分辨率是0.1mm的翻斗雨量计为研究对象，探讨其误差的来源，以期能为翻斗雨量计的实际应用提供理论性参考。2.翻斗雨量计的工作原理翻斗式雨量计，分

4、传感器和固态存储器两部分。传感器是一个翻斗式机械双稳态称重机构。它采用中间隔板间开的两个完全对称的三角形容器，中隔板可绕水平轴转动，类似于跷跷板的原理。工作时两侧容器轮流接水，当一侧容器装满一定量雨水时(根据灵敏度不同而定)，由于重心外移而翻转，将水倒出，随着降雨持续，将使翻斗不断的左右翻转。在翻斗的轴上固定有磁钢，在漏斗的偏下方有固定的干簧继电器或霍尔元件，如图1所示。在翻斗翻转过程中磁钢的位置在①②两个位置之间往复运动，当磁钢接近干簧继电器或霍尔元件时开关闭合，离开一定距离时，开关断开，于是就产生一个计数脉冲。固态存储器则负责将传[2]感器传来的脉

5、冲计数,然后以各种方式记录下来。-1-http://www.paper.edu.cn图1翻斗传感器示意图3.翻斗雨量计误差的室内试验本文的试验对象是分辨率为0.1mm的翻斗雨量计，采用人工模拟降雨方法进行翻斗计量误差试验。试验的设计为：将一个表面积约0.5mm2的大水箱中注满水作为恒压的进水设备，采用医用的静脉输液器作为模拟降水的自动控制设备。通过控制输液器的开关，模拟不同的雨强降雨，在翻斗传感器下面设置一虹吸装置，收集翻斗内的降水，当达到虹吸时，虹吸装置将在这段时间内的降水排出，下面用一个量杯收集并称重。翻斗的计量误差E为：V−PE=×100％(1)

6、P式中：V为理论上翻斗的排水量，为仪器的感量与在达到一次虹吸中翻斗翻转次数的乘积，g；P为一次虹吸的实际排水量，g。试验中通过调整翻斗传感器的翻斗部件的安装角Φ，分别将每斗的感量设置为3.1g/斗和2.2g/斗。在这两种情况下，分别处理试验数据，拟和数据系列，得出雨强～误差关系图。如图2、3所示。雨强mm/min0.00%012345-5.00%翻斗计量误差-10.00%-15.00%y=-0.0459x-0.018-20.00%-25.00%图23.1g/斗时雨强与翻斗计量误差关系图-2-http://www.paper.edu.cn10%5%0%0

7、1234567翻斗计量误差-5%雨强mm/min-10%-15%-20%图32.2g/斗时雨强与翻斗计量误差关系图4.翻斗计量误差分析本试验分别将每斗的感量设置为3.1g/斗和2.2g/斗具有代表性。由于仪器标定的分辨率是0.1mm，每翻一斗代表降雨0.1mm，仪器的承雨口直径是200mm，所以翻斗每翻一斗代表降雨3.14g。我国最大暴雨雨强约为4mm/min，为了使翻斗计量误差正负均匀分配，选择最大雨强的中值作为调试零点的雨强，在这种情况下，将翻斗每翻一斗的水量设为2.2g/斗。从图2、3可以得出：（1）、翻斗的计量误差随雨强的增大而增大。从降雨输入

8、的实际过程我们不难分析出原因。在实际工作中，翻斗的左右两斗室轮流处于上方的漏斗出水口出承接雨水